Биореактор поддерживает условия культивирования клеток под контролем

Ученые из KAUST разработали метод культивирования клеток, который позволяет создавать биологические условия, более точно отражающие физиологическую среду, по сравнению со стандартными лабораторными протоколами.

Новая система биореактора использует газы, а не химические вещества, для поддержания уровня кислотности (pH) и кинетики газообмена в диапазонах, близких к условиям в организме. Этот подход обеспечивает более точный контроль параметров среды.

Система также более чувствительна к метаболической активности клеток и лучше отражает процессы, происходящие в живых организмах. Широкое внедрение этой платформы может повысить точность, интерпретируемость и воспроизводимость экспериментов в биомедицинских исследованиях.

Разработка аппарата стала результатом междисциплинарного сотрудничества морского биолога Карлоса Дуарте и биолога стволовых клеток Мо Ли.

В 2022 году их исследовательская группа (включая научного сотрудника Шеннона Кляйна и аспирантов Самхана Альсолами и Сильвию Ароссу) показала, что стандартные методы культивирования человеческих плюрипотентных стволовых клеток приводят к значительным колебаниям уровня газов, pH и других параметров, что может вызывать непредсказуемые изменения в кинетике роста клеток.

В новом исследовании ученые описывают, как даже небольшие изменения pH могут заставлять человеческие клетки кардинально менять профили экспрессии генов. «Мы выявили устойчивые и скоординированные изменения в экспрессии генов, связанных с воспалением и метаболизмом, в ответ на кислую среду», — говорит Мо Ли.

Этот результат, представленный в последнем отчете, «подчеркивает важность поддержания физиологических условий, чтобы избежать артефактов в исследованиях на культурах человеческих клеток», — отмечает Карлос Дуарте.

Чтобы устранить эти артефакты и создать более стабильную среду, команда модифицировала стандартную систему биореактора, добавив автоматизированные системы мониторинга газов и клапаны для подачи чистого кислорода (O₂), углекислого газа (CO₂) и азота.

Это позволило исследователям точно контролировать pH и другие параметры культуры на физиологически релевантном уровне, не полагаясь на искусственные буферные агенты с ограниченной способностью поддерживать стабильность среды.

Значительная часть вдохновения для экспериментальной установки пришла из предыдущих исследований Дуарте морских экосистем. Он разрабатывал методы точной настройки колебаний pH и газов для изучения влияния закисления океана на морские луга в Красном море.

«Затем мы использовали наш опыт в точном контроле pH, O₂ и CO₂ в экспериментах с морскими организмами, чтобы создать системы, способные обеспечить жесткий контроль среды в исследованиях культур человеческих клеток», — объясняет Дуарте.

«Это был прекрасный пример перекрестного оплодотворения между морской наукой и биомедицинскими исследованиями», — заключает ученый.